Table des matières
Arrière plan
Les quantités atmosphériques naturelles de dioxyde de carbone, un gaz incolore, vont de 0 à 5%. Il comprend trois atomes : une molécule linéaire sans moment dipolaire net est formée de deux atomes d'oxygène liés à un atome de carbone. Il est formulé de la manière suivante : (1) les créatures aérobies comme les humains et les animaux le produisent principalement pendant la respiration. Pourtant, il peut également être généré lors de la combustion ou de la dégradation microbienne des déchets organiques (2), en brûlant des combustibles fossiles, y compris le charbon, le pétrole, l'essence et le gaz naturel, produit la majeure partie des émissions anthropiques, et (3) selon l'intention produit(s), le CO2 peut être utilisé directement en le convertissant en produits chimiques par diverses voies catalytiques en plus d'être utilisé dans des procédés industriels comme la fabrication de ciment ou de soude(s).
Méthodes d'utilisation du dioxyde de carbone
Il est possible de convertir le dioxyde de carbone en composés chimiques précieux en utilisant diverses techniques. Conversion thermocatalytique impliquant des températures élevées ; la conversion microbienne à l'aide de souches bactériennes modifiées ; réduction électrochimique directe utilisant des sources d'énergie renouvelables; réduction photocatalytique utilisant la lumière du soleil; conversions enzymatiques médiées par les mitochondries à l'aide d'enzymes extraites de cellules vivantes ; la chimie organique de synthèse utilisant des réactifs organométalliques avec des métaux de base tels que des catalyseurs cuivre ou fer ; et les réactions assistées par des enzymes utilisant des biocatalyseurs en sont quelques-unes. Chaque technique présente des avantages uniques selon les catégories de produits visés, le taux de production, la consommation d'énergie, etc.
L'application directe d'électricité aux molécules de CO2 les transforme en ions formiate, qui peuvent interagir avec d'autres molécules pour générer des composés précieux comme le méthanol et l'éthanol. Ce processus est connu sous le nom de conversion électrochimique directe. Cette approche élimine toutes les émissions de gaz à effet de serre liées à son utilisation en utilisant des sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie éolienne et solaire au lieu des combustibles fossiles conventionnels, ce qui en fait un choix attrayant, compte tenu des préoccupations actuelles en matière de changement climatique mondial. Et cette méthode est plus abordable que les autres méthodes actuellement disponibles en raison de ses taux d'utilisation proches de 100% et du faible besoin de matériaux catalyseurs. Cependant, certains problèmes doivent encore être résolus avant que l'option puisse être considérée comme commercialement viable en raison des vitesses de réaction lentes par rapport aux techniques photocatalytiques et des problèmes d'évolutivité limités liés aux exigences de taille du réacteur pour atteindre des niveaux de production à grande échelle, comme l'exigent les normes de l'industrie aujourd'hui.
Réduction photocatalytique: En utilisant l'énergie lumineuse et des catalyseurs comme les nanocristaux d'oxyde de titane dopés avec divers oxydes de métaux de transition, tels que l'argent, le cobalt, l'oxyde de zinc, etc., la réduction photocatalytique convertit les molécules de CO2 en ions formiate, s'ils sont appliqués à un potentiel cathodique, ou en radicaux hydroxyles, si appliqué à un potentiel anodique. Ces deux produits ont un large éventail d'utilisations dans diverses industries, allant du solvant à et puisque cette méthode ne nécessite qu'une source de lumière plutôt qu'un chauffage thermique traditionnel, c'est une option attrayante pour effectuer des synthèses photochimiques dans des environnements où cela ne serait pas approprié. autrement, comme la production en petits lots ou les laboratoires où l'espace et les ressources sont limités, respectivement. Cette méthode offre également une flexibilité inégalée.
L'ingénierie de certaines souches bactériennes pour qu'elles absorbent directement les gaz dissous de l'environnement, comme l'air, et les transforme en métabolites précieux, comme les acides gras, est connue sous le nom de « conversion microbienne ». Sans substrats externes supplémentaires, cette méthode surpasse les autres énumérées ici en termes de coûts car aucun réactif supplémentaire ne doit être acheté ; au lieu de cela, des cultures spécialisées peuvent être cultivées à peu de frais sur sa propriété et utilisées efficacement dans le contexte. Et grâce aux améliorations des technologies de manipulation génétique, même des réactions complexes en plusieurs étapes peuvent désormais produire des composés cibles aux niveaux souhaités rapidement et avec précision, garantissant que les opérations de contrôle de la qualité se déroulent sans interruption dans un avenir prévisible pour les projets ultérieurs. Les chercheurs utilisent de plus en plus les technologies de manipulation génétique pour créer de nouveaux médicaments et traitements. Pour garder une longueur d'avance sur la concurrence et conserver un avantage concurrentiel dans les percées du développement scientifique, le marché mondial en pleine croissance du secteur de la santé a besoin d'une quantité toujours croissante de recherche.
Conversion thermocatalytique : La thermocatalyse est l'application de chaleur à un mélange contenant à la fois de l'hydrogène et du monoxyde de carbone pour produire des hydrocarbures liquides similaires aux fractions pétrolières mais de qualité beaucoup plus pure que le pétrole brut standard obtenu à partir de sites d'extraction de combustibles fossiles aujourd'hui. Permettre d'accéder à des produits finaux de valeur que le secteur de la raffinerie aurait du mal à obtenir ailleurs. Et la synthèse des polymères est rendue possible grâce à la thermochimie : polyols, plastiques, caoutchouc, mousse, adhésifs, mastics, colle et revêtements. Les textiles, les fibres et les matériaux composites ont diverses utilisations dans diverses industries, notamment les cosmétiques, l'emballage, la transformation des aliments, l'ingénierie automobile, la construction de bâtiments, l'agriculture et l'aérospatiale. C'est pourquoi ils gagnent rapidement en popularité et sont le leader de l'industrie technologique à l'échelle mondiale. Les conversions enzymatiques médiées par les mitochondries impliquent l'extraction d'enzymes à partir de cellules vivantes, en particulier de mitochondries, et leur transfert vers un autre milieu où elles transforment des intermédiaires réactifs, formant finalement un produit final désigné point de voie prédéterminé résultant de la génération de précieux métabolites intermédiaires de multiples composés commensaux. Acide lactique, acétoïne, glycérol et alcool Acétique succinique pipéronylique succinique malique tartrique fumarique glutaraldéhyde, 2-hydroxybenzoate, acide phénoxyacétique et 2-méthylphénoxyéthanol ne sont que quelques composés qui peuvent être extraits avec une précision et une pureté encore meilleures à des prix réduits en tant que complément évaluer.
Cependant, contrairement à la méthode d'électrochimie directe, conversions mitochondriales ont une cinétique plus lente, ce qui signifie qu'il faut plus de temps pour que le cycle se termine avant d'atteindre le point final. Cela pourrait réduire la capacité de débit réelle. Dans certaines circonstances, des temps de réponse plus rapides sont nécessaires. Assurez-vous que le produit final est livré à la date prévue et dans les délais promis aux clients et aux clients. Avant de commencer le projet, il s'agit d'un facteur crucial pour éviter toute déception qui pourrait entraîner des retards qui pourraient coûter de l'argent à l'organisation ou nuire à long terme à sa réputation, à sa notoriété et à sa part de marché.
Chimie synthétique organique : La création de réactifs organométalliques composés de métaux de transition, de ligands et de structures de support pour produire une stéréosélectivité favorable est connue sous le nom de chimie organique synthétique ou «organométalliques». Par rapport aux autres paramètres du sujet du cours, chaque base de cas doit être considérée pour identifier de manière adéquate les meilleures conditions optimales de fonctionnement dans le contexte, assurant une efficacité maximale. La chimio régiosélectivité pendant les transformations permet de réaliser facilement des formations de groupes fonctionnels sélectifs à des positions spécifiques de molécules en peu de temps. Minimiser le gaspillage de main-d'œuvre, de matériaux et de ressources tout en accordant une priorité élevée à l'équipement du personnel de sécurité. Rappelez-vous, à chaque étape de la phase d'exécution du projet, y compris la livraison des clients de la manière la plus réussie possible, malgré les obstacles rencontrés et les circonstances imprévues.
Exemples de synthèse chimique à partir de dioxyde de carbone (CO2)
- Synthèse du méthanol : La méthode Monsanto, qui comprend l'interaction du dioxyde de carbone avec l'hydrogène gazeux en présence d'un catalyseur cuivre-zinc, peut créer du méthanol à partir du dioxyde de carbone. La production de méthanol à partir de dioxyde de carbone peut être réalisée en le mélangeant avec de l'hydrogène sur un catalyseur approprié à des températures et des pressions élevées (par exemple, 400 à 430 ° C et 10 à 20 bars). Le terme « méthanisation » s'applique également à ce procédé.
- Production d'acide formique : À l'aide d'une cellule électrochimique et d'un catalyseur palladium-cuivre, l'acide formique peut être produit à partir de dioxyde de carbone et d'hydrogène.
- Conversion en sels d'oxalate : grâce à des processus chimiques impliquant des composés de bore et d'aluminium comme le borax ou l'hydrate d'alumine et d'autres acides, y compris l'acide chlorhydrique ou l'acide sulfurique, le dioxyde de carbone peut également être transformé en sels d'oxalate.
- Les polycarbonates sont fabriqués en combinant du phosgène avec des alcools dihydriques comme l'éthylène glycol en présence de catalyseurs comme le tétrachlorure d'étain ou le chlorure de zinc. Cela provoque des réactions de polymérisation qui se traduisent par des polymères principalement constitués de molécules de dioxyde de carbone reliées par des atomes d'oxygène (c'est-à-dire des polycarbonates).
- Synthèse de l'acide carbonique : dans un catalyseur tel que l'acide sulfurique ou l'acide phosphorique, le dioxyde de carbone et l'eau se combinent pour former de l'acide carbonique. Le résultat peut faire des composés comme l'urée et les formats.
- Synthèse de l'éther diméthylique : L'éther diméthylique (DME) est un autre composé important qui peut être produit à partir de dioxyde de carbone en utilisant des catalyseurs pour la synthèse du méthanol et un agent de reformage, tel qu'un mélange de CO2/H2O ou CO/H2, à des températures entre 350 et 400 °C et des pressions jusqu'à 20 bars pour la conversion du gaz de synthèse en DME.
- Production de polycarbonate : En raison de leur résistance, de leur durabilité, de leur transparence, de leur résistance à la chaleur et de leurs qualités d'isolation électrique, les polycarbonates sont souvent utilisés dans des applications industrielles. Ils sont généralement fabriqués en transestérifiant le bisphénol avec du phosgène , créé lorsque le dioxyde de carbone réagit avec du chlore gazeux ou une solution d'acide chlorhydrique à haute température (200 à 300 ° C).
- La synthèse du carbonate de diméthyle (DMC) est un procédé utilisé pour produire le composé chimique carbonate de diméthyle. Il s'agit de faire réagir du méthanol avec du phosgène ou du dioxyde de carbone en présence d'un catalyseur basique tel que l'hydroxyde de potassium ou l'hydroxyde de sodium. La réaction produit du carbonate de diméthyle et du chlorure d'hydrogène, qui est ensuite éliminé du mélange par distillation. Le carbonate de diméthyle peut être utilisé comme alternative à l'éthylène glycol dans les formulations d'antigel pour automobiles et avions, ainsi que pour de nombreuses autres applications, notamment les solvants, les plastifiants, les propulseurs et les carburants.
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